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测绘工程中北斗卫星导航系统的优化运用

时间:2020-09-03 来源:测绘与空间地理信息 本文字数:4364字
作者:刘垚 单位:中国地震局第一监测中心

  摘    要: 作为我国自主研发、独立设计的高新技术成果,北斗卫星导航系统(BDS)广泛应用于国防、水利、测绘等领域,打破了GPS对我国定位系统的垄断。将北斗卫星导航系统应用于地理测绘之中,不仅能够推动我国测绘方法的革新,而且能够提升国内地理信息资源的整体利用率和成果转化率。

  关键词: 北斗卫星导航系统; 测绘; 应用;

  Abstract: As a high-tech achievement of independent research and development and independent design in China,Beidou Satellite Navigation System( BDS) is widely used in national defense,water conservancy,surveying and mapping,etc.,breaking the monopoly of GPS on China's positioning system. Applying the Beidou satellite navigation system to geographic mapping can not only promote the innovation of geography mapping methods in China,but also improve the overall utilization rate and conversion rate of domestic geographic information resources.

  Keyword: Beidou Navigation Satellite System; surveying and mapping; application;

  0 、引言

  长期以来,我国致力于寻求打破GPS在定位系统中的垄断地位的方式方法。在高新技术持续发展的推动作用下,我国自主研发、独立设计出的北斗卫星导航系统应运而生,在导航领域发挥出重要作用,成为我国国防军事方面的核心技术力量,同时也被广泛运用于测绘等领域,使得地理测绘方法也随之发生改变,有利于实现国内基础地理信息资源利用率的进一步提升。因此,本文立足于北斗卫星导航系统的功能、优势进行分析,对北斗卫星导航系统在测绘领域的具体应用情况展开研究,探索其在地理信息基准建设、处理已得测绘数据、导航定位及应急处理、地籍测量及测绘成果等方面的实际价值,全面发挥北斗卫星导航系统在测绘中的作用。

  1、 北斗卫星导航系统概述

  1.1、 系统介绍

  北斗卫星导航系统(BDS)是我国自行研制并投入使用的全球卫星导航系统,是全球应用成熟的3个导航系统之一,和GPS(美国)、GALILEO(欧盟)共同被联合国卫星导航委员认定为供应商。从结构上看,北斗卫星导航系统是由空间、地面和用户三段组成。空间段包含35颗轨道卫星,其中有5颗属于静止轨道卫星。地面段包含若干个分别承担主控、注入和监测等功能的站点。用户段则由多种卫星导航系统兼容的终端共同组成,不仅包含北斗用户终端,而且还兼容GPS、GLONASS、GALILEO等用户终端。

  三球交会测星原理是北斗卫星导航系统定位的核心内容,是定位功能开展的重要理论支柱。即北斗卫星导航系统定位是以两个卫星和地心共同确定的,其中先确定两个卫星球心至用户的距离,并分别以两个距离为半径确定两个球面,继而确定地心至用户的距离,并以距离为半径确定球面,最终通过3个球面的交会点确定用户的位置所在[1,2]。
 

测绘工程中北斗卫星导航系统的优化运用
 

  1.2 、系统特点

  相较于其他全球卫星导航系统而言,北斗卫星导航系统具有较多的优势,主要表现在以下方面:1)具有通信功能,能够将短信服务和导航结合起来,为用户提供全天候、快速、精准、免费的定位服务。2)兼容性强。BDS不限制无源定位导航和授时等服务的用户数量及用户来源,GPS用户亦能够使用。这就为集团用户的大规模管理和全面监控提供了可能,同时也有利于打破地区数据采集对用户数据传输的限制,能够提供较为稳定的服务。3)定位处理方式和用户机设计别具匠心,能够在中心节点定位与智慧型用户机的共同作用下解决用户自身位置与对方位置信息的交互。4)北斗导航系统属于我国自主研发并使用的系统,具有极强的保密性,能够为国防等关键部门提供安全、可靠、稳定的服务。

  北斗卫星导航系统通过开放和授权两种服务模式为全球用户提供高质、高效的服务。其中,开放服务属于免费服务,能够为全球用户提供精度在10 m以内的定位服务、精度在0.2 m/s以内的测速服务和10 ns的授时服务。授权服务属于高精度服务,能够为用户提供高质量的定位、测速、授时、通信服务,并且能够保证信息传递的完整性。北斗卫星导航系统能够有效地解决人物、时间、地点的问题,精准度不亚于GPS、GLONASS、GALILEO等[3,4]。

  1.3 、系统进展

  在20世纪80年代初期,我国就提出了“北斗一号”项目,将北斗卫星导航试验系统列为我国“九五”计划之中,并根据我国具体实际提出了项目建设的三步走规划,具体情况见表1。

  表1 北斗卫星导航系统三步走发展规划

  1994年,我国正式迈入“北斗一号”的研制之中,并在21世纪初完成了静止轨道卫星的发射,为区域性导航功能的实现奠定了基础。最终,在2003年的备份卫星发射完成后,成功完成了北斗一号项目的组建,北斗卫星导航试验系统正式确立。

  截至2018年10月15日,我国已成功发射4颗试验卫星和40颗北斗导航卫星,成功实现了亚太大部分地区的覆盖,并开启为用户提供导航定位服务的进程[5]。

  2、 北斗卫星导航系统在测绘中应用的优化建议

  2.1、 在空间基准建设中应用的优化建议

  北斗卫星导航系统在空间基准建设中的应用主要体现在标准化设计之上,能够结合测绘行业的现行标准对北斗卫星导航系统的功能进行优化扩充,对系统冲突参数进行修改和改善,从而保证BDS在地理信息基准建设中发挥出更有效的价值。鉴于此,要保证北斗卫星导航系统应用范围的不断扩大,继而实现在国际用户层面的推广,就必须以建立健全测绘地理信息基准建设类标准,从术语、时空坐标、CORS(连续运行参考站网)等方面对标准进行定义和规范,优化整体结构[6,7]。

  新制定的北斗卫星导航系统测量术语包括一些通用性概念及其使用范围的规定等。时空坐标参照系的修改则需要将BDS的时空坐标与GPS系统进行对比分析,继而实现不同坐标之间的转换与数据处理,保证各项过程的流程性。新制定的CORS建设规范则规定了BDS的通信功能实施范围、领域和级别,有利于实现全国范围内CORS建设的规范和标准,继而为BDS的国际化CORS建设奠定基础。

  2.2、 在处理已得测绘数据中应用的优化建议

  在对既有测绘数据进行处理时,必须根据测绘标准及北斗卫星导航系统测绘规范进行优化和调整,立足于全新的、有针对性的标准系统进行数据的获取。由于测量结果在较大程度上会受到测量方式等级的影响,因此,在处理已得数据的过程中,应该注重以差分方式为指导,对不同的技术要求指标进行分类研究,全面分析了解应急测绘数据的科学性和准确性,从而提升数据质量,为高质高效信息测绘模式的建立奠定基础。在测绘生产过程中,应该充分考虑通用数据采集、终端设备及面向地理国情监测服务的数据标准等与GPS相关数据的差异,并以此为基础设计符合BDS技术指标及参数的数据采集、加工和处理的标准。从数据采集终端来看,需要保证与BDS技术指标及参数的一致性,以BDS技术特点为基础进行数据终端标准的制定。从数据服务来看,随着测绘行业的发展,信息服务测绘已经成为测绘行业现代化趋势中的重要体现,测绘数据的应用范围逐渐扩大,这就需要在应用过程中以BDS为基础进行检测手段和方法的探索和确定,保证检测数据及服务能够有效地满足地理国情检测的需要,并为其他领域数据及服务标准的设立留足相应的技术空间。

  2.3、 在导航定位及应急处理中应用的优化建议

  在当前信息网络时代背景下,物联网、智慧地球等成为全社会争相关注的焦点,时空信息的重要性逐渐凸显出来,位置信息服务成为当今社会发展的必然趋势。在测绘地理信息技术中,导航定位功能及位置信息服务是其核心热点技术,是测绘行业发展的重点方向。而BDS所具有的双向通信功能能够为测绘行业发展赋予更多的活力,推动行业改革进程。为了进一步满足当前社会需要,保证导航定位及位置服务功能的实效性,打破时空对智能服务的限制,就必须综合考量BDS技术要点及社会发展需求、应用领域及信息精准度要求、点对点位置信息服务技术要求、实施路径导航技术特征、全息位置信息的叠加原理、定位信息统一编码等技术特点,满足用户泛在精准定位、全息位置地图及智能信息服务需求。具体应用标准如下:首先,在获取信息的过程中,BDS及时有效的对数据精度及位置关系进行分析,建立相对完善的统一编码系统,从而保证测绘地理信息数据的科学性和准确性。其次,在向使用者提供相关信息数据时,通过BDS可以减少因描述等因素造成的技术模糊,从而缩减信息误差,减少信息误判发生机率。最后,BDS在应急处理中也能够发挥出相应的作用和价值,能够充分考虑应急环节的各种情况,并在此基础上对标准进行重新制定,从而确保为测绘地理信息应急处理提供服务的安全性和可靠性。

  2.4、 在地籍测量及测绘成果中应用的优化建议

  在以BDS为基础建立地籍测控网络的过程中,可以按照国土局的相关要求,将地籍测绘使用网络划分成三角、三边、边角网等。一二级边角网和一二级导线网通常可以被用于完成对不同级别地籍平面控制出口的控制以及对不同规模地区的监测。通过BDS进行地籍测量,可以减少常规三角测绘要求,无需采用近似等边三角、添加起始边、增加对角线等方式进行测绘,仅需要保证控制点选取的科学性和合理性,达到准确度与分级控制精度匹配的目的,从而实现四级网络中最弱相邻点、四级网络以下最弱网络点与起始点之间的相对误差保持在5 cm范围以内。由此可见,在地籍测量中应用BDS能够实现对网络精度的有效控制,更好地适应地籍测绘规范要求。

  以BDS为基础对测绘成果进行管理时,可以从项目管理的角度实现对相关操作人员等行为的规范,在科学管理的基础上保证测绘成果的安全、合理、可靠、准确。不仅如此,BDS具备归档处理功能,能够对测绘成果进行及时、高效的归档处理,保证测绘结果留存的完整性,为后期测绘工作的进行奠定基础,以实现测绘流程的完整性和系统性,促进测绘工作整体效率的提升。

  3、 结束语

  总而言之,作为我国自主研发的全球定位导航系统,BDS能够为用户提供稳定、高效、全面的服务,其在测绘行业中的应用也日趋广泛,在一定程度上推动了测绘行业的变革。本文立足于现代测绘相关要求及测绘标准,对北斗卫星导航系统进行介绍,并在此基础上总结BDS在测绘中的具体应用,从而推动我国测绘服务标准化进程。

  参考文献

  [1]王俊强,马怀武,岳耀杰.北斗卫星导航系统在西部困难地区测绘任务中的应用[J].测绘与空间地理信息,2014,37(3):167-169.
  [2]李霖,邢小雨,李国忠.北斗导航系统应用于测绘地理信息服务的标准化技术体系分析[J].测绘通报,2015(3):6-11.
  [3]杨爱玲,周泉,张晓磊.北斗CORS网建设的分析与思考[J].测绘与空间地理信息,2015,38(10) 61-63.
  [4]杨元喜.北斗卫星导航系统与测绘学科发展[J].测绘科学技术学报,2015,32(1):2.
  [5]王东亮.北斗卫星导航定位系统在地质测绘中的应用[J].应用能源技术,2016(1):11-13.
  [6]王仲锋,林灿,历亮.北斗静态定位实验与精度分析[J].测绘与空间地理信息,2014,37(1) 17-18.
  [7]刘邢巍,许超钤,唐辉,等.基于北斗的现代测绘基准数据综合服务平台设计与实现[J].全球定位系统,2018,43(2):104-108.

  原文出处:刘垚.北斗卫星导航系统在测绘中的应用优化研究[J].测绘与空间地理信息,2020,43(08):84-86.
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